Спустя чуть более года после того, как FDA одобрило Kalydeco (Vx-770), первое в своем роде лекарство для лечения основной причины муковисцидоза, исследователи из Университета Миссури считают, что они выяснили, как именно работает этот препарат и как его улучшить. эффективность в будущем. Описанные в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи MU пересмотрели ключевой процесс регуляции дефектного белка, ответственного за муковисцидоз, который может изменить подход ученых к смертельному генетическому заболеванию.
"Они знают, что препарат действует, но не знают, как он действует и где действует," сказал Цзы-Чанг Хван, доктор философии, автор-корреспондент PNAS и профессор медицинской фармакологии и физиологии Медицинской школы Университета штата Мичиган. "В нашей статье представлена теория того, как работает Vx-770, и, основываясь на нашем понимании того, как работает канал CFTR, мы определили новую стратегию для будущих исследований, чтобы дополнить и улучшить эффективность существующего препарата."
Муковисцидоз – второе по распространенности наследственное заболевание, укорачивающее жизнь, которое встречается в Соединенных Штатах в детстве, после серповидно-клеточной анемии. Приблизительно 30 000 американцев страдают муковисцидозом, и ежегодно диагностируется около 1000 новых случаев. Пациенты с муковисцидозом рождаются с генетическим дефектом, который вызывает нарушение работы белка регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза (CFTR), хлоридного канала в клеточной мембране, который играет критическую роль в поддержании водного и солевого баланса во многих тканях тела, таких как потовые железы, ткани, выстилающие легкие, печень, поджелудочную железу и репродуктивные органы.
"Хлоридный канал похож на трубу, по которой ионы проходят очень быстро," Хван сказал. "У пациентов с муковисцидозом канал нарушен и активность снижена. Так что же это за механизм, который контролирует открытие и закрытие канала?? Это фундаментальное открытие наших недавних статей, обобщенных в Physiology."
Подобно автоматическому водопроводному крану с неисправным датчиком руки, многие генетические мутации, обнаруженные у пациентов с муковисцидозом, вызывают ошибочный сигнал, что приводит к ограниченному переносу хлоридов через CFTR. В результате образуется густая слизь, которая накапливается в легких, пищеварительном тракте и других частях тела, что приводит к серьезным респираторным и пищеварительным проблемам, а также к инфекциям и диабету.
Как обобщено в Physiology и продолжено дальнейшими исследованиями в статье PNAS, случайное открытие мутации в CFTR, мутации R532, позволило исследователям MU выявить новый "нестрогая связь" взаимосвязь между потреблением АТФ, молекулы, обеспечивающей энергию в организме, и открытием и закрытием CFTR. Они утверждают, что новая информация, обнаруженная об этом механизме, который контролирует открытие и закрытие CFTR и прохождение ионов через него, может объяснить, как и где работает новое средство для лечения кистозного фиброза Kalydeco (Vx-770).
"К его чести, доктор. Хван использовал поведение мутантов CFTR, чтобы продемонстрировать, что ворота CFTR не связаны строго с механизмом связывания нуклеотидов (NBD), который связывает и расщепляет АТФ [энергию], чтобы управлять конформационными изменениями, которые регулируют поток хлоридов через канал белка CFTR," сказал коллега Дэвид Шеппард, доктор философии, доцент факультета физиологии и фармакологии Бристольского университета в Бристоле, США.K. кто не участвовал в исследовании.
В своем исследовании исследователи MU смогли наблюдать эффекты препарата от муковисцидоза Vx-770 на недавно обнаруженную мутацию R352. Они обнаружили, что Vx-770 увеличивает активность канала CFTR, используя этот "несвязанность" Этот вывод также подтверждается экспериментальными результатами с белком CFTR дикого типа.
"Традиционно исследователи определяли, как энергия используется и передается в CFTR, как механизм «строгого связывания», означающий, что одна молекула АТФ открывает ворота CFTR, проходят ионы, и молекула АТФ гидролизуется, а затем ворота закрываются," Хван сказал. "В этой новой модели мы утверждаем, что CFTR использует энергию гидролиза АТФ для выполнения своей функции потока хлоридов, но этот механизм связывания более пластичен, чем мы думали, и поэтому может быть субъективным для манипуляций с помощью таких препаратов, как Vx-770."
CFTR является частью семейства из тысяч активных белков-переносчиков, называемых белками ABC. Хотя CFTR может иметь много общих структурных особенностей со своим ABC "кузены," как их называет Хван, было неясно, могут ли CFTR и его кузены работать аналогичным образом.
Новая идея о том, как CFTR использует АТФ для выполнения своей функции, может иметь более широкое значение из-за эволюционной связи между CFTR и другими белками-переносчиками ABC. По словам Хвана, это открывает широкий спектр терапевтических возможностей для лечения других распространенных заболеваний, таких как рак, болезни сердца и диабет, поскольку многие другие белки ABC играют решающую роль в этих заболеваниях человека.
"Ученым потребовались годы, чтобы решить эту загадку, связанную с белком CFTR," Хван сказал. "Наше недавнее исследование свидетельствует о том, что эти белки-переносчики ABC и CFTR, хлоридный канал, представляют собой две горошины в стручке. Мать-природа использует ту же структурную основу с небольшими изменениями, чтобы делать две совершенно разные вещи. С точки зрения фундаментальной науки это большое дело."
Используя электрофизиологические методы, доступные в Центре сердечно-сосудистых исследований Далтона Массачусетского университета, лаборатория Хвана изучала открытие и закрытие или "ворота," CFTR на уровне одной молекулы. Измеряя электрический ток, который непосредственно отражает движение ионов хлорида через один канал CFTR при его открытии и закрытии, лаборатория Хванга может отслеживать активность отдельной молекулы CFTR в режиме реального времени.
"Одноканальная запись дает уникальную возможность наблюдать конформационные изменения в отдельной молекуле CFTR в реальном времени," Шеппард сказал. "Интересно думать о том, как новые модели, предложенные доктором. Хван и его коллеги объясняют действие Vx-770 и других трансформирующих препаратов, направленных на первопричину муковисцидоза."